Що таке електромагнетизм:
Електромагнетизм - це вивчення зарядів та взаємодії між електрикою та магнетизмом. Електрика та магнетизм - це аспекти окремого фізичного явища, тісно пов’язаного між собою рухом та притяганням зарядів у речовині.
Галузь фізики, що вивчає взаємодію між електричними та магнітними явищами, також відома як електромагнетизм.
Слово "електрика" запропонував англієць Вільям Гілберт (1544-1603) з грецької мови електрон (вид бурштину, що привертає предмети при натиранні різними речовинами). З іншого боку, "магнетизм", ймовірно, виник із турецького регіону з покладами намагніченого магнетиту (Магнезія), де проживало давньогрецьке плем'я, відоме як Магнети.
Однак лише до 1820 р. Гансу Крістіану Ерстеду (1777-1851) вдалося продемонструвати вплив електричного струму на поведінку компаса, отже, народилося дослідження електромагнетизму.
Основи електромагнетизму
Магніти та електрика завжди були предметом захоплення людства. Його початковий підхід проходив різні курси, які досягли точки зустрічі в кінці 19 століття. Щоб зрозуміти, що таке електромагнетизм, давайте розглянемо деякі основні поняття.
Електричний заряд
Електричний заряд є основною властивістю частинок, з яких складається речовина. Основа всіх електричних зарядів знаходиться в атомній структурі. Атом концентрує в ядрі позитивні протони, а негативні електрони рухаються навколо ядра. Коли кількість електронів і протонів дорівнює, ми маємо атом з нейтральним зарядом. Коли атом отримує електрон, у нього залишається негативний заряд (аніон), а коли він втрачає електрон, він залишається з позитивним зарядом (катіон).
Тоді це розглядається заряд електрона як основна одиниця або кванти електричного заряду. Це еквівалентно 1,60 х 10 -19 кулон (С), що є одиницею виміру для зарядів, на честь французького фізика Шарля Августина де Кулона.
Електричне поле та магнітне поле
A електричне поле Це силове поле, яке оточує заряд або заряджену частинку. Тобто заряджена частинка впливає або діє на іншу заряджену частинку, яка знаходиться поблизу. Електричне поле - це векторна величина, представлена буквою І одиниці виміру яких - вольт на метр (В / м) або ньютон на кулон (Н / С).
З іншого боку, магнітне поле Це відбувається, коли відбувається потік або рух зарядів (електричний струм). Тоді можна сказати, що це область, де діють магнітні сили. Таким чином, електричне поле оточує будь-яку заряджену частинку, а рух зарядженої частинки створює магнітне поле.
Кожен електрон, що рухається, створює в атомі крихітне магнітне поле. Для більшості матеріалів електрони рухаються в різних напрямках, тому магнітні поля згасають. У деяких елементах, таких як залізо, нікель та кобальт, електрони рухаються в переважному напрямку, створюючи сітчасте магнітне поле. Матеріали цього типу називаються феромагнітний.
Магніти та електромагніти
A магніт Це результат постійного вирівнювання магнітних полів атомів у шматку заліза. У звичайному шматку заліза (або іншому феромагнітному матеріалі) магнітні поля орієнтовані хаотично, тому воно не діє як магніт. Ключова особливість магнітів полягає в тому, що вони мають два полюси: північний і південний.
A електромагніт Він складається із шматка заліза всередині котушки дроту, через яку можна пропустити струм. Коли струм увімкнений, магнітні поля від кожного атома, що складають шматок заліза, вирівнюються з магнітним полем, що створюється струмом у котушці дроту, збільшуючи магнітну силу.
Електромагнітна індукція
Електромагнітна індукція, відкрита Джозефом Генрі (1797-1878) та Майклом Фарадеєм (1791-1867), є виробництво електроенергії за допомогою рухомого магнітного поля. Пропускаючи магнітне поле через котушку з дроту або іншого провідного матеріалу, при замиканні ланцюга виникає потік заряду або струму.
Електромагнітна індукція є основою генераторів і практично всієї електричної енергії, що виробляється у світі.
Застосування електромагнетизму
Електромагнетизм є основою роботи електричних та електронних пристроїв, якими ми користуємося щодня.
Мікрофони
Мікрофони мають тонку мембрану, яка вібрує у відповідь на звук. До мембрани прикріплена котушка дроту, яка є частиною магніту і рухається уздовж мембрани. Рух котушки через магнітне поле перетворює звукові хвилі в електричний струм, який передається на динамік і посилюється.
Генератори
Генератори використовують механічну енергію для виробництва електричної енергії. Механічна енергія може надходити від водяної пари, що утворюється при спалюванні викопного палива, або від падаючої води на гідроелектростанціях.
Електричний мотор
Двигун використовує електричну енергію для виробництва механічної енергії. Асинхронні двигуни використовують змінний струм для перетворення електричної енергії в механічну. Це двигуни, які зазвичай використовуються в побутових приладах, таких як вентилятори, сушарки, шайби та блендери.
Асинхронний двигун складається з обертової частини (ротора) і нерухомої частини (статора). ротор Це залізний циліндр з канавками, уздовж яких прикріплені кілька плавників або мідних прутків. Ротор укладений у контейнер з котушками або витками провідного дроту, через який проходить змінний струм, стаючи електромагнітами.
Проходження змінного струму через котушки створює магнітне поле, яке, в свою чергу, індукує струм і магнітне поле в роторі. Взаємодія магнітних полів у статорі та роторі викликає кручення в роторі, що дозволяє виконати роботу.
Маглев: поїзди, що левітують
Потяги з магнітним підйомом використовують електромагнетизм, щоб підніматися, направляти та рухатись по спеціальній колії. Японія та Німеччина є першопрохідцями у використанні цих поїздів як транспортного засобу. Існує дві технології: електромагнітна підвіска та електродинамічна підвіска.
електромагнітна підвіска він базується на силах притягання між потужними електромагнітами в основі поїзда та залізничною колією. Магнітна сила регулюється таким чином, що поїзд залишається підвішеним над колією, тоді як він рухається магнітним полем, яке рухається вперед взаємодією бічних магнітів у поїзді.
електродинамічна підвіска вона заснована на силі відштовхування між магнітами на поїзді та індукованим магнітним полем на залізничній колії. Цей тип поїзда потребує коліс, щоб мати можливість досягти критичної швидкості, подібно до літаків, коли вони збираються злетіти.
Медична діагностика
Магнітно-резонансна томографія - одна з технологій, яка найбільше впливає на сучасну медицину. Він заснований на впливі сильних магнітних полів на ядра водню у воді тіла.
Електромагнітні явища
Багато відомих нам електромагнітних явищ є наслідком магнітного поля Землі. Це поле генерується електричними струмами всередині планети. Тоді Земля нагадує велику магнітну смугу всередині неї, де магнітний північний полюс знаходиться біля географічного південного полюса, а магнітний південний полюс відповідає географічному північному полюсу.
Просторова орієнтація
Компас - це прилад, що датується приблизно 200 роками до Різдва Христового. Він базується на орієнтації намагніченої металевої голки на географічну північ.
Деякі тварини та інші живі істоти можуть виявляти магнітне поле Землі і таким чином орієнтуватися в космосі. Однією зі стратегій націлювання є спеціалізовані клітини або органи, що містять кристали магнетиту, мінерал оксиду заліза, який підтримує постійне магнітне поле.
Північне та південне полярне сяйво
Магнітне поле Землі Він працює як захисний бар'єр від бомбардування високоенергетичних іонізованих частинок, що виходять від Сонця (більш відомого як сонячний вітер). Вони перенаправляються в полярні області, збуджуючи атоми та молекули в атмосфері. Характерні вогні полярних сяйв (бореальний у північній півкулі та австральний у південній півкулі) є продуктом випромінювання енергії, коли збуджені електрони повертаються до свого базового стану.
Максвелл і теорія електромагнетизму
Джеймс Клерк Максвелл вивів між 1864 і 1873 математичні рівняння, що пояснюють природу магнітного та електричного полів. Таким чином, рівняння Максвелла давали пояснення властивостей електрики та магнетизму. Зокрема, ці рівняння показують:
- як електричний заряд створює електричне поле,
- як струми створюють магнітні поля, і
- як зміна магнітного поля створює електричне поле.
Хвильові рівняння Максвелла також показали, що зміна електричного поля створює саморозповсюджується електромагнітну хвилю з електричними та магнітними компонентами. Робота Максвелла об'єднала, здавалося б, окремі галузі фізики електрики, магнетизму та світла.
- Електрика.
- Магнетизм.
- Фізичний.
- Галузі фізики.
